Методы и технические измерения давления и уровня

Под давлением понимают предел отношения нормального состояния усилия к площади на которое оно действует. При равновесном распределении давление равно P=F/S

Величина давления зависит от выбранной системы единиц: Па, Бар, мм. РТ. Ст., и др.

Абсолютное давление – это давление состояния вещества.

Избыточное давление – это разность абсолютного и избыточного давления.

Если абсолютное давление меньше избыточного, то давление называют вакуумным.

Приборы для измерения давления делятся на: жидкостные; деформационные; электрические.

Приборы подразделяются на 8 подгрупп: манометры; вакуумметры; мановакуумметры; напоромеры; тягомеры; тягонапоромеры; датчики давления; дифманометры.

Манометр — прибор, измеряющий давление жидкости или газа, приборы с измерением от 0,06 до 1000 МПа (Измеряют избыточное давление - положительную разность между абсолютным и барометрическим давлением)

Вакуумметры — приборы измеряющие разряжения (давления ниже атмосферного) (до минус 100 кПа).

Мановакуумметры — манометры измеряющие как избыточное (от 60 до 240000 кПа), так и вакуумметрическое (до минус 100 кПа) давление.

Напоромеры -манометры малых избыточных давлений до 40 КПа

Тягомеры -вакуумметры с пределом до минус 40 КПа

Тягонапоромеры -мановакуумметры с крайними пределами не превышающими ±20 кПа

Также существуют манометры измеряющие абсолютное давление, то есть избыточное давление+атмосферное

Прибор измеряющий атмосферное давление называется - барометр

По назначениям манометры можно разделить на технические — общетехнические, электроконтактные, специальные, судовые и эталонные (образцовые).

Общетехнические: предназначены для измерения не агрессивных к сплавам меди жидкостей, газов и паров. Электроконтактные: имеют возможность регулировки измеряемой среды, благодаря наличию электроконтактного механизма. Особенно популярным прибором этой группы можно назвать ЭКМ 1У, хотя он давно снят с производства. Специальные: кислородные- должны быть обезжирены, так как иногда даже незначительное загрязнение механизма при контакте с чистым кислородом может привести к взрыву. Часто выпускаются в корпусах голубого цвета с обозначением на циферблате О2(кислород); ацетиленовые -не допускают в изготовлении измерительного механизма сплавов меди, так как при контакте с ацетиленом существует опасность образования взрывоопасной ацетиленистой меди; аммиачные-должны быть коррозиестоикими. Эталонные: обладая более высоким классом точности (0,15;0,25;0,4) эти приборы служат для поверки других манометров. Устанавливаются такие приборы в большинстве случаев на грузопоршневых манометрах или каких-либо других установках способных развивать нужное давление.

Принцип работы напоромера основан на том же принципе, но из-за цели измерения низких давлений, вместо пружины бурдона используется более чувствительная двухпластинчатая мембрана, которая расширяется при воздействии давления.

Дифференциальный манометр, дифманометр — прибор для измерения перепада давлений. Применяется также для измерения уровня жидкостей или их расхода.

По устройству различаются:

жидкостные дифманометры (трубные, поплавковые, кольцевые и колокольные), в которых измерение осуществляется по высоте столба жидкости

механические дифманометры (мембраные и сильфонные), в которых измерение осуществляется по упругой деформации чувствительного элемента.

U-образный манометр наиболее простой по конструкции; состоит из стеклянной трубки, заполненной жидкостью, и прямолинейной миллиметровой шкалы. Шкала чаще всего бывает двусторонней с нулевой отметкой посередине. Нижняя часть трубки заполнена до нулевой отметки. К одному концу трубки по гибкой резиновой или пластмассовой трубке подводится давление измеряемой среды. Под действием этого давления жидкость в одном колене трубки понижается, а в другом - повышается. Разность уровней, определяемая по шкале, показывает избыточное давление измеряемой среды.В этом случае более удобен однотрубный (чашечный) манометр (рисунок, 2). Он измерении давления уровень жидкости в трубке малого сечения поднимается на большую высоту, в то время как в чаше большого сечения он опускается незначительно. Поэтому

Если к U-образному или чашечному манометру давление подводится только к одном концу трубки, то измеряется разность подведенного и атмосферного давлений. В этом случае другой конец трубки открыт и сообщается с атмосферой. Если же к обоим концам трубки или чаше и трубки подвести давление контролируемых сред, то манометр будет измерять разность этих давлений. Такие манометры называются дифференциальными.

кольцевой манометр называемый кольцевыми весами, представляет галлическую трубку, согнутую в кольцо и установленную на призме. Нижняя кольца заполнена жидкостью, в верхней имеется перегородка 1. При разности и жидкость будет перетекать в сторону меньшего давления. Перетекание жидкости приведет к изменению центра тяжести и повороту кольца, а вместе с ним и стрелки прибора, которая по шкале покажет изменение давления. Чтобы получить шкалу прибора равномерной, предусмотрено специальное лекальное устройство. Приборами измеряют давление, разрежение и перепад давления, в последнем случае ференциальными манометрами. Давление подводят к кольцу посредством гибких резиновых и пластмассовых трубок 4, 5, а при измерении высоких давлений [лические трубки, выполненные в виде спирали.

Манометры с многовитковой (геликоидальной) трубчатой пружиной (рисунок 6) спирали с шестью - девятью витками, свернутой из плоской трубки. Геликоидальную трубку можно рассматривать как ряд одновитковых трубок, соединенных последовательно Вследствие этого перемещение свободного конца трубки значительно больше перемешенш одновиткового манометра. Манометры с геликоидальной трубчатой пружиной применяют главным образом как самопишущие и для передачи показаний на расстояние. В них обычю

На рисунок приведена схема бесшкального манометра (вакуумметра, мановакуумметра) с дифференциально - трансформаторным преобразователем давления в унифицированный выходной сигнал переменного тока.

Давление воспринимается одновитковой трубчатой пружиной 1, перемещение свободного конца которой передается сердечнику 2 дифференциально –трансф преобразователя.

Для ведения технологических процессов большое значение имеет контроль за уровнем жидкостей и твердых сыпучих материалов в производственных аппаратах. Кроме того, зная площадь любой емкости, по величине уровня можно определить количество вещества в ней. Часто по условиям технологического процесса нет необходимости в измерении уровня по всей высоте аппарата. В таких случаях применяют узкопредельные, но более точные уровнемеры. Особую группу составляют уровнемеры, используемые только для сигнализации предельных значений уровня.

Для измерения уровня жидкости применяют поплавковые, буйковые, гидростатические, ультразвуковые и акустические приборы, для измерения уровня жидкости и твердых сыпучих материалов — емкостные и радиоизотопные.

Поплавковые уровнемеры В поплавковых уровнемерах имеется плавающий на поверхности жидкости поплавок, в результате чего измеряемый уровень преобразуется в перемещение поплавка. В таких приборах используется легкий поплавок, изготовленный из коррозионно-стойкого материала. Показывающее устройство прибора соединено с поплавком тросом или с помощью рычагов. Поплавковыми уровнемерами можно измерять уровень жидкости в открытых емкостях.

Буйковые уровнемеры В буйковых уровнемерах применяется неподвижный погруженный в жидкость буек. Принцип действия буйковых уровнемеров основан на том, что на погруженный буек действует со стороны жидкости выталкивающая сила. По закону Архимеда эта сила равна весу жидкости, вытесненной буйком. Количество вытесненной жидкости зависит от глубины погружения буйка, т. е. от уровня в емкости. Таким образом, в буйковых уровнемерах измеряемый уровень преобразуется в пропорциональную ему выталкивающую силу. Поэтому зависимость выталкивающей силы от измеряемого уровня линейная. В буйковых уровнемерах буек передает усилие на рычаг промежуточного преобразователя. Выходной сигнал первого уровнемера — унифицированный пневматический, второго — унифицированный электрический сигнал (постоянный ток).

Гидростатические уровнемеры Гидростатический способ измерения уровня основан на том, что в жидкости существует гидростатическое давление, пропорциональное глубине, т. е. расстоянию от поверхности жидкости. Поэтому для измерения уровня гидростатическим способом могут быть использованы приборы для измерения давления или перепада давлений. В качестве таких приборов обычно применяют дифманометры.При включении дифманометра перепад давлений на нем будет равен гидростатическому давлению жидкости, которое пропорционально измеряемому уровню.При измерении уровня агрессивных жидкостей дифманометр защищается разделительными сосудами или мембранными разделителями, что позволяет заполнить его камеры и трубки неагрессивной жидкостью.При измерении уровня суспензий и шламов, осадки которых могут забивать импульсные трубки дифманометров, их непрерывно продувают сжатым воздухом. Импульсные трубки все время заполнены продуваемым воздухом. При небольшом расходе воздуха его давление в минусовой камере оказывается равным давлению над жидкостью в емкости, а в плюсовой — давлению в жидкости. Поэтому перепад давлений в дифманометре будет равен гидростатическому давлению жидкости и, следовательно, пропорционален измеряемому уровню.

Емкостные уровнемеры Работа таких уровнемеров основана на различии диэлектрической проницаемости жидкостей и воздуха. Простейший первичный преобразователь емкостного прибора представляет собой электрод (металлический стержень или провод), расположенный в вертикальной металлической трубке. Стержень вместе с трубой образуют конденсатор. Емкость такого конденсатора зависит от уровня жидкости, так как при его изменении от нуля до максимума диэлектрическая проницаемость будет изменяться от диэлектрической проницаемости воздуха до диэлектрической проницаемости жидкости./ — электрод; 2 — труба.Большое распространение получили емкостные сигнализаторы уровня. Для повышения чувствительности их электроды устанавливают в горизонтальном положении.

Радиоизотопные уровнемеры Такие уровнемеры применяют для измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов в закрытых емкостях. Их действие основано на поглощении у-лучей при прохождении через слой вещества.В радиоизотопном уровнемере источник и приемник излучения подвешены на стальных лентах, на которых они могут перемещаться в трубах по всей высоте бака. Ленты намотаны на барабан, приводимый в движение реверсивным электродвигателем.

Если измерительная система (источник и приемник у-лучей) расположена выше уровня измеряемой среды, поглощение излучения слабое и от приемника по кабелю на блок управления будет приходить сильный сигнал. По этому сигналу электродвигатель получит команду на спуск измерительной системы. При снижении ее ниже уровня среды поглощение Y-лучей резко увеличится, сигнал па выходе приемника уменьшится, и электродвигатель начнет поднимать измерительную систему.